그린수소 경제성 극복할 수전해 기술 국내 연구진이 개발
  • 최정훈 기자
  • 승인 2022.01.01 08:30
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KIST, 1000시간 이상 작동하는 막전극접합체 개발

[인더스트리뉴스 최정훈 기자] 온실가스를 배출하지 않는 그린수소가 수소경제의 중심으로 서야 하지만 경제성이 발목을 잡고 있다. 이 가운데, 최근 국내 연구진이 그린 수소 생산 비용을 획기적으로 낮추면서 내구성과 성능이 대폭 향상시킨 차세대 수전해 기술의 핵심 기술을 개발해 이목을 끈다. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 수소·연료전지연구센터 이소영 박사팀과 한양대학교(한양대, 총장 김우승) 에너지공학과 이영무 석좌교수팀이 공동연구를 통해 음이온교환막 수전해용 막전극접합체(MEA)를 개발했다고 밝혔다.

현재 그린수소를 생산하기 위해 물에서 수소를 추출하는 수전해 기술 개발이 주축이 됐다. 하지만, 현재 일부 선진국만이 핵심 소재기술을 보유한데다 고가이어서 경제성이 낮다는 평가를 받았다. [사진=KIST]
현재 그린수소를 생산하기 위해 물에서 수소를 추출하는 수전해 기술 개발이 주축이 됐다. 하지만, 현재 일부 선진국만이 핵심 소재기술을 보유한데다 고가이어서 경제성이 낮다는 평가를 받았다. [사진=KIST]

현재 그린수소를 생산하기 위해 물에서 수소를 추출하는 수전해 기술 개발이 주축이 됐다. 하지만, 현재 일부 선진국만이 핵심 소재 기술을 보유한 이 양이온교환막 수전해 기술은 고가의 촉매 등을 써야해 시스템 제조 비용도 부담이 될 수밖에 없었다. 

반면, 음이온교환막 수전해는 비귀금속 촉매를 사용하고, 수전해 셀을 구성하는 분리판 소재 등을 티타늄이 아닌 철(Steel) 소재로 대체해 촉매 및 분리판 소재의 가격만 해도 양이온교환막 수전해 대비 약 3,000배 정도 저렴하다. 하지만 양이온교환막 수전해 대비 성능이 낮고, 운전 시간이 100시간이 채 되지 않아 상업적으로 활용되지 못했다.

KIST 연구진은 구조 내의 비표면적을 증대시켜 높은 이온 전도성과 알칼리 내구성을 갖는 플루오렌-피페리디늄계 음이온교환 소재(전해질막과 전극 바인더)를 개발하고, 이를 기반으로 막전극접합체를 개발했다. 개발한 소재는 1,000시간 이상의 뛰어난 내구성을 갖고, 세계 최고의 전지 성능인 7.68A/cm2을 보였다. 이는 기존의 음이온교환 소재 대비는 약 6배, 고가의 상용 양이온교환막 수전해 기술(6A/cm2) 대비 약 1.2배의 성능이다.

이는 그동안 음이온교환막 수전해에서 한계로 지적된 핵심소재의 성능과 내구성을 극복하고, 국내 기술로 양이온교환막 수전해 기술을 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 

KIST 이소영 박사는 “기존 수전해 기술의 한계를 뛰어넘는 원천 소재 및 고효율화 기술을 개발했다. 그린 수소 생산비용을 획기적으로 낮출 수 있는 수전해 기술 세대교체의 발판을 마련한 것”이라고 밝혔다. 한양대 이영무 교수는 “개발된 소재는 수전해 뿐 아니라, 수소연료전지, 차세대 수소산업인 이산화탄소 자원화 및 직접 암모니아 연료전지의 핵심소재로 응용 가능성이 높다”라고 밝혔다



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